KR101493785B1 - 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템 및 방법 - Google Patents
실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템에 관한 것으로, 전력 수요를 위한 전력계통으로서, 발전설비, 송전설비, 배전설비 및 수용가를 포함하는 전력계통운영장치와, 상기 전력계통운영장치로부터 전력을 공급받아 충전하거나, 충전된 전력을 방전시켜 전력계통으로 공급하는 에너지저장장치 및 상기 에너지저장장치의 전력 저장용량을 논리적으로 분할하여 계통 운영을 위한 보조서비스 제공용량 및 에너지공급서비스 제공용량으로 분리하여 관리하고, 상기 전력계통운영장치로부터 계획정보를 수신하고, 상기 계획정보를 이용하여 상기 에너지저장장치의 보조서비스 제공용량 및 기타서비스 제공용량을 결정하고, 운영 수익 최대화를 위한 충전 및 방전 계획을 수립하여 상기 에너지저장장치를 제어하는 에너지저장장치제어장치를 포함한다.
Description
본 발명은 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실시간 전력계통 상황에 따른 에너지저장장치의 비용편익을 산출하고, 그 산출된 비용편익에 따라 상기 에너지저장장치를 통해 제공할 수 있는 서비스들 중 최대의 비용편익으로 운영될 수 있는 하나를 선택하여 상기 에너지저장장치를 운영할 수 있도록 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 국가 정책으로 추진되는 RPS(Renewable Portfolio Standard) 제도 등을 통해 신재생에너지 발전원의 확대가 예상됨에 따라 대체예비력 공급을 위한 기저발전력(예 : 화력, 원자력)과 같은 예비력의 확보가 필요한데, 이의 대안으로 필요시 매우 빠른 전력 공급이 가능한 에너지저장장치가 주목받고 있다.
이때 상기 에너지저장장치는 그 특성상 충전과 방전을 얼마나 빈번하게 효율적으로 수행하느냐에 따라 운용 편익이 달라진다.
그러나 현재로서는 에너지저장장치의 비용 효율을 최적화하는 운영전략을 수립함에 있어서, 실시간 전력계통 상황정보를 활용하지 못하고 있으며, 또한 에너지저장장치가 제공 가능한 다양한 기능들을 비용편익에 따라 어느 기능으로 에너지저장장치를 운영해야하는지에 대한 선택 방법을 제공하지 못하고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-1109187호(2012.01.17.등록, 실시간 전력정보를 이용한 전력계통의 운영방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 실시간 전력계통 상황에 따른 에너지저장장치의 비용편익을 산출하고, 그 산출된 비용편익에 따라 상기 에너지저장장치를 통해 제공할 수 있는 서비스들 중 최대의 비용편익으로 운영될 수 있는 하나를 선택하여 상기 에너지저장장치를 운영할 수 있도록 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템은, 전력 수요를 위한 전력계통으로서의 전력계통운영장치; 상기 전력계통운영장치로부터 전력을 공급받아 충전하거나, 충전된 전력을 방전시켜 전력계통으로 공급하는 에너지저장장치; 및 상기 에너지저장장치의 전력 저장용량을 논리적으로 분할하여 계통 운영을 위한 보조서비스 제공용량 및 에너지공급서비스 제공용량으로 분리하여 관리하고, 상기 전력계통운영장치로부터 계획정보를 수신하고, 상기 계획정보를 이용하여 상기 에너지저장장치의 보조서비스 제공용량 및 기타서비스 제공용량을 결정하고, 운영 수익 최대화를 위한 충전 및 방전 계획을 수립하여 상기 에너지저장장치를 제어하는 에너지저장장치제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 보조서비스는, 전력계통을 안정적으로 운영하기 위한 기능으로서, 부하추종, 주파수조정, 공급 예비력 및 전압보상 기능 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 기타서비스는 에너지공급서비스 및 신재생통합서비스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 에너지공급서비스는, 전력계통의 부하시간을 조정하는 서비스로서, 전력 에너지 시간이동, 부하평준화, 또는 첨두부하최소화 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 신재생통합서비스는, 신재생발전원의 안정적 전력계통의 연계를 지원하는 서비스로서, 신재생에너지 시간이동 기능, 또는 신재생에너지출력 안정화 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 계획정보는, 보상단가 정보, 실시간 전력계통 및 에너지저장장치 상황 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 보상단가 정보는, 에너지시장에서 에너지저장장치가 제공하는 보조서비스의 시간대별 보상단가 정보, 에너지공급서비스의 보상단가 정보 및 신재생통합서비스의 보상단가 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 실시간 전력계통 및 에너지저장장치 상황 정보는, 전력생산예측정보, 전력수요예측정보, 실시간 전력계통 운영상황 정보, 에너지저장장치 운영상황정보 및 신재생에너지 발전정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 에너지저장장치제어장치는, 상기 에너지저장장치를 통한 보조서비스 제공을 통해 우선적으로 계통안정화를 달성하고, 다음 기타서비스의 비용편익을 분석하여 실시간으로 상기 에너지저장장치의 운영 기능을 선택하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 에너지저장장치제어장치는, 상기 에너지저장장치의 보조서비스 제공용량 정보, 기타서비스 제공용량 정보, 보조서비스 제공용량의 충전 및 방전 정보와, 기타서비스 제공용량의 충전 및 방전 정보 중 적어도 하나 이상을 상기 전력계통운영장치로 전송하고, 상기 전력계통운영장치는, 상기 에너지저장장치제어장치로부터 전송받은 정보를 참조하여 전력계통을 제어하며, 상기 에너지저장장치의 보조서비스에 대한 보상단가정보, 에너지공급서비스 보상단가 정보, 신재생통합서비스 보상단가 정보와, 전력생산정보 및 전력수요정보 중 적어도 하나 이상을 상기 에너지저장장치제어장치로 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 에너지저장장치제어장치는, 상기 전력계통운영장치로부터 상기 에너지저장장치의 보조서비스의 보상단가 정보, 에너지공급서비스의 보상단가 정보, 신재생통합서비스의 보상단가 정보, 전력생산정보, 전력수요정보, 전력계통 실시간 운영상황 정보 및 신재생에너지 발전상황 정보 중 적어도 하나 이상을 수신하는 전력계통운영장치통신부; 상기 전력계통운영장치로부터 수신된 정보들 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 에너지저장장치의 비용편익을 최대화하도록 에너지저장장치 운영전략을 수립하는 정보분석비교부; 상기 정보분석비교부에서 실시간으로 수립된 에너지저장장치 운영전략에 의거하여 상기 에너지저장장치를 제어하고, 상기 에너지저장장치의 운영상태정보를 수신하는 에너지저장장치통신부; 상기 에너지저장장치의 운영과 관련된 정보들을 저장하고 관리하는 데이터관리부; 및 상기 에너지저장장치 운영현황을 그래픽 화면 형태로 제공하고, 에너지저장장치 운영과 관련된 제어정보 및 설정정보를 입력받는 사용자인터페이스부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 정보분석비교부는, 익일의 상기 에너지저장장치 운영계획에 따른 계획편익; 및 주기적으로 변경되는 보상단가 정보와, 실시간으로 상황을 반영하는 계통운영정보, 신재생에너지 발전정보를 기반으로 실시간 운영에 따른 실시간편익;을 각각 도출하고, 상기 계획편익과 실시간편익을 비교하여 최대편익으로 상기 에너지저장장치를 운영되게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 방법은, 전력계통운영장치, 에너지저장장치 및 에너지저장장치제어장치를 포함하는 에너지저장장치 운영 시스템에 의한 상기 에너지저장장치의 운영 방법에 있어서, 상기 에너지저장장치제어장치가 상기 전력계통운영장치로부터 계획정보를 수집하여 상기 에너지저장장치의 운영 수익 최대화를 위한 익일의 계획편익을 산출하는 단계; 상기 에너지저장장치제어장치가 주기적으로 변경되는 계획정보 및 순동 주파수 조정 기능 수행을 위한 전력계통의 실시간 운영상황정보를 추가로 수집하여 전력계통의 정상 운영 여부를 판단하는 단계; 상기 판단 결과에 따라, 전력계통이 정상 운영되는 경우 에너지공급서비스와 신재생통합서비스의 편익을 고려하여 비용편익이 최대가 되는 실시간편익을 산출하는 단계; 및 상기 실시간편익 정보와 상기 계획편익 정보를 비교하여 최대편익 정보를 생성하고 그 최대편익 정보를 통해 상기 에너지저장장치를 운영하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전력계통의 정상 운영 여부를 판단하는 단계에서, 상기 에너지저장장치제어장치는, 전력계통의 실시간 운영상황정보 중에서 주파수 정보의 정상범위를 설정하고, 해당 정상범위 보다 주파수 또는 주파수 변화율이 낮아지는 경우 전력계통이 비정상이라고 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전력계통이 비정상으로 판단된 경우, 상기 에너지저장장치제어장치는, 상기 에너지저장장치의 남아있는 모든 용량을 주파수 조정 기능에 제공하기 위하여 상기 에너지저장장치를 주파수 조정 기능으로 운영하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 주파수 조정 기능으로 보조서비스 제공용량을 사용한 경우, 다음 기준단위시간의 운영전략을 새롭게 수립하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 실시간 전력계통 운영상황에 기반하여 에너지저장장치에서 제공 가능한 다양한 서비스를 복합적으로 고려하여 기능 또는 서비스별 편익의 비교를 통해 최적(즉, 최대 비용편익을 얻을 수 있는)의 기능 또는 서비스를 선택하여 최적의 편익(즉, 최대의 비용편익)으로 에너지저장장치를 운영할 수 있도록 하며, 아울러 전력계통의 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 관련된 에너지저장장치의 활용 서비스 및 주요 기능들을 예시한 테이블.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장장치 운영 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 에너지저장장치제어장치의 보다 세부적인 구성을 보인 예시도.
도 4는 상기 도 3에 있어서, 사용자인터페이스 화면을 캡쳐한 이미지.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장장치 운영 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장장치 운영 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 에너지저장장치제어장치의 보다 세부적인 구성을 보인 예시도.
도 4는 상기 도 3에 있어서, 사용자인터페이스 화면을 캡쳐한 이미지.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장장치 운영 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템 및 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 관련된 에너지저장장치의 활용 서비스 및 주요 기능들을 예시한 테이블이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 에너지저장장치는 다양한 서비스 및 기능을 제공할 수 있으며, 실시간 계통운영 상황에 따라 그 서비스의 편익이 변경된다.
이에 따라 본 발명에서는 상기 에너지저장장치를 통해 실시간 전력계통 상황에 따라 편익이 변경되는 기능들을 대상으로 3가지 서비스(예 : 보조서비스, 에너지공급서비스, 신재생통합서비스)로 분류하고, 실시간 전력계통 상황에 따라 최적의 서비스(즉, 최대의 비용편익으로 상기 에너지저장장치를 운영할 수 있는 서비스)를 선택하여 상기 에너지저장장치를 운영하는 방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장장치 운영 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장장치 운영 시스템은, 에너지저장장치(100), 에너지저장장치제어장치(200) 및 전력계통운영장치(300)를 포함한다.
상기 에너지저장장치(100)는 상기 전력계통운영장치(300)로부터 전력을 공급받아 충전하거나, 충전된 전력을 전력계통으로 공급하기 위하여 방전한다.
상기 에너지저장장치제어장치(200)는 상기 에너지저장장치(100)의 전력 저장용량을 논리적으로 분할하여 계통 운영을 위한 보조서비스 제공용량(또는 영역) 및 에너지공급서비스 제공용량(또는 영역)으로 분리하여 관리한다. 다시 말해, 상기 에너지저장장치제어장치(200)는 에너지저장장치(100)의 전력 저장 용량을 보조서비스 제공용량(또는 영역)과 에너지공급서비스 제공용량(또는 영역)으로 나누어 관리한다.
상기 보조서비스를 위한 제공용량은, 전력계통의 이상에 대비하여 예비력 차원의 확보가 요구될 경우, 이를 위하여 상기 에너지저장장치제어장치(200)에서 보조서비스를 위한 제공용량을 최대한 확보하기 위하여, 상기 에너지저장장치(100)가 보조서비스 제공을 위하여 방전 운영 중일 경우에도 보조서비스 이외의 다른 서비스(예 : 에너지공급서비스, 신재생통합서비스 등)를 위한 저장용량에서 방전되도록 함으로써, 전체 전력 저장 용량 중에 보조서비스를 위한 제공용량을 논리적으로 우선 확보한다. 단, 상기 에너지저장장치제어장치(200)에서 상기 에너지저장장치(100)의 보조서비스 제공용량을 0으로 결정하면, 나머지 제공용량은 상기 보조서비스 이외의 다른 서비스(예 : 에너지공급서비스, 신재생통합서비스 등)에 모두 활용될 수 있다. 여기서, 상기 보조서비스는, 상기 도 1에서 분류된 것과 같이, 전력계통을 안정적으로 운영하기 위한 일련의 행위들로서, 예를 들어, 부하추종, 주파수조정, 공급 예비력 및 전압보상 기능 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한 상기 보조서비스(예 : 주파수조정, 공급 예비력 등)는 규정된 출력조정 능력을 보유하고 있는 설비의 용량에 대하여 사전에 결정되어 있는 단가로 보상해준다.
본 발명에서는 상기 에너지저장장치(100)를 통한 보조서비스 제공을 통해 우선적으로 계통안정화를 달성하고, 다음으로 기타서비스(예 : 에너지공급서비스, 신재생통합서비스)의 비용편익을 분석하여 실시간으로 상기 에너지저장장치(100)의 운영 기능을 선택하는 방법을 제공한다.
상기 에너지저장장치제어장치(200)는 상기 에너지저장장치(100)의 보조서비스 제공용량 및 에너지공급서비스 제공용량을 결정하고, 운영 수익 최대화를 위한 충전 및 방전 계획에 의해 상기 에너지저장장치(100)를 제어한다.
다시 말해, 상기 에너지저장장치제어장치(200)는 상기 전력계통운영장치(300)로부터 "보상단가 정보" 및 "실시간 전력계통 및 에너지저장장치 상황 정보" 중 적어도 하나 이상을 수신하고, 상기 에너지저장장치(100)의 보조서비스 제공용량 및 기타서비스(예 : 에너지공급서비스, 신재생통합서비스) 제공용량을 결정하고, 운영 수익 최대화를 위한 충전 및 방전 계획을 수립한다.
여기서 상기"보상단가 정보"는 에너지시장에서 에너지저장장치가 제공하는 보조서비스의 시간대별 보상단가 정보, 에너지공급서비스의 보상단가 정보 및 신재생통합서비스의 보상단가 정보를 의미한다. 그리고 상기 "실시간 전력계통 및 에너지저장장치 상황 정보"는 전력생산정보, 전력수요정보, 실시간 전력계통 운영상황 정보, 에너지저장장치 운영상황정보 및 신재생에너지 발전정보를 의미한다.
상기 에너지저장장치제어장치(200)는 상기 에너지저장장치(100)의 보조서비스 제공용량 정보, 기타서비스 제공용량 정보, 보조서비스 제공용량의 충전 및 방전 정보와, 기타서비스 제공용량의 충전 및 방전 정보 중 적어도 하나를 상기 전력계통운영장치(300)로 전송한다.
이때 상기 에너지저장장치제어장치(200)에서 상기 전력계통운영장치(300)로 전송한 보조서비스 제공용량은, 전력계통 안정화를 위한 예비력을 확보하기 위한 용량으로서, 계약 관계에 의해 상기 확보한 용량만큼의 비용을 상기 전력계통운영장치(300)로부터 보상받게 된다. 따라서 상기 에너지저장장치제어장치(200)는 주파수조정 및 공급 예비력에 해당하는 보조서비스 제공용량의 확보를 보장하도록 에너지저장장치(100)를 운영하여야 한다.
상기 전력계통운영장치(300)는 전력 수요를 위한 전력계통으로서, 발전설비, 송전설비, 배전설비 및 수용가를 포함한다. 또한상기 전력계통운영장치(300)는 보조서비스 제공용량 정보, 기타서비스 제공용량 정보, 보조서비스 제공용량의 충전 및 방전 정보와, 기타서비스 제공용량의 충전 및 방전정보 중 적어도 하나를 수신하고, 이를 참조하여 전력계통을 제어한다.
상기 전력계통운영장치(300)는 상기 에너지저장장치(100)의 보조서비스에 대한 보상단가정보, 에너지공급서비스 보상단가 정보, 신재생통합서비스 보상단가 정보와, 전력생산(예측)정보 및 전력수요(예측)정보 중 적어도 하나 이상을 상기 에너지저장장치제어장치(200)로 전송한다.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 에너지저장장치제어장치의 보다 세부적인 구성을 보인 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장장치제어장치(200)는, 사용자인터페이스부(210), 전력계통운영장치통신부(220), 정보분석비교부(230), 에너지저장장치통신부(240) 및 데이터관리부(250)를 포함한다.
상기 사용자인터페이스부(210)는 사용자인터페이스(HMI : Human Machine Interface)를 통하여 사용자에게 에너지저장장치 운영현황을 그래픽 화면 형태(도 4 참조)로 제공하고, 또한 에너지저장장치의 운영과 관련된 제어정보 및 설정정보를 입력받는 기능도 수행한다.
도 4는 상기 도 3에 있어서, 사용자인터페이스 화면을 캡쳐한 이미지이다.
상기 전력계통운영장치통신부(220)는 상기 전력계통운영장치(300)로부터 "보상단가 정보" 및 "실시간 전력계통 및 에너지저장장치 상황 정보" 중 적어도 하나 이상을 수신한다.
상기 정보분석비교부(230)는 1차로 익일(다음날)의 계획편익을 분석한다.
예컨대 보조서비스의 보상단가 정보, 에너지공급서비스의 보상단가 정보, 전력계통의 전력예상생산 정보 및 전력예상수요 정보를 활용하여 상기 에너지저장장치(100)의 비용편익을 최대화하도록 익일 0시~24시 동안의 시간기준 단위별 보조서비스 제공용량 및 에너지공급서비스 제공용량 계획을 결정한다.
여기서 상기 기준시간의 단위는 1시간 또는 30분 등과 같이 운영자가 상기 사용자인터페이스부(210)를 통하여 설정할 수 있다.
상기 익일의 계획편익은 아래의 수학식 1을 이용해 분석할 수 있다.
여기서, k는 기준단위시간(hour), N은 하루(24시간) 동안의 기준단위시간의 갯수(
), 
는 보조서비스 예비력 제공 편익, 
는 에너지 공급서비스의 방전(Discharge to System)을 통한 비용 수익, 
는 에너지 공급서비스의 충전(Charge from System)을 통한 비용 손실을 나타낸다.
한편 상기 계획편익(
)의 스케줄을 수립할 시점에는 신재생통합서비스를 위한 신재생에너지 시간 이동(Renewables Energy Time-Shift) 기능 및 신재생에너지 출력 안정화(Renewables Capacity Firming) 등의 예측이 불가능하므로, 계획편익 수립시에는 보조서비스의 공급 예비력 기능과 에너지공급서비스의 첨두부하최소화 및 부하 평준화 기능을 고려하여 계획편익을 수립한다.
또한 상기 정보분석비교부(230)는 2차로 실시간 편익을 분석한다.
예컨대 상기 정보분석비교부(230)는 실시간으로 수집되는"보상단가 정보" 및 "실시간 전력계통 및 에너지저장장치 상황 정보" 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 에너지저장장치(100)의 차후스케줄의 운영 방식별 기대 편익을 분석한다. 또한 전일에 수립된 에너지공급서비스 관리를 위한, 즉, 상기 에너지저장장치(100)의 운영 수익 최대화를 위한 보조서비스 제공용량 및 기타서비스 제공용량을 결정한다.
상기 실시간 운영시의 에너지저장장치의 편익(실시간 편익)은 아래의 수학식 2를 이용해 분석할 수 있다.
여기서, k는 기준단위시간(hour),
또한 상기 정보분석비교부(230)는 실시간 운영시 상기 에너지저장장치(100)의 비용편익 최대화를 위하여 전일(1차)에 사전 계산한 기준단위시간(k)의 계획편익(
)과 실시간(2차)으로 계산된 해당 기준단위시간(k)의 실시간편익(
)을, 수학식 3과 같이, 비교하여 편익의 값이 큰 값인 최대편익(
)으로 상기 에너지저장장치(100)를 제어할 수 있도록 상기 에너지저장장치(100)의 운영 값을 세팅한다.
또한 상기 정보분석비교부(230)는 기준단위시간(k) 동안에 전력계통 이상으로 인해 주파수 조정 서비스가 시행된 경우, 전일에 입력받은 "보상단가 정보, 전력계통의 전력예상생산 정보, 전력예상수요 정보, 및 실시간 전력계통 및 에너지저장장치상황 정보"를 활용하여 상기 에너지저장장치(100)의 비용편익을 최대화하도록 당일의 기준단위시간(k) 이후(k+1 ~ k+n : 24시) 동안의 기준단위시간별 보조서비스 제공용량 및 기타서비스(예 : 에너지공급서비스, 신재생통합서비스) 제공용량 계획을 결정한다.
상기 에너지저장장치통신부(240)는 상기 정보분석비교부(230)에서 실시간으로 비교분석한 편익을 최대화하기 위한 운영 방식을 이용하여 분석한 상기 에너지저장장치(100)의 보조서비스 제공용량 및 기타서비스 제공용량과, 운영 수익 최대를 위한 보조서비스 제공용량 및 기타서비스 제공용량 각각의 충전 및 방전 계획에 의해 상기 에너지저장장치(100)를 제어하는 제어신호를 전송한다.
상술한 분석 및 제어과정을 통하여 상기 에너지저장장치제어장치(200)는 매 기준단위시간(k)별로 계획편익(
)과 실시간편익(
)을 비교하여 최대편익(
)을 확보할 수 있도록 상기 에너지저장장치(100)를 제어한다.
상기 데이터관리부(250)는 상기 에너지저장장치(100)의 운영과 관련하여 발생되는 정보들을 저장하고 관리한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장장치 운영 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 에너지저장장치제어장치(200)는 상기 전력계통운영장치(300)로부터 "보상단가 정보" 및 "실시간 전력계통 및 에너지저장장치 상황정보" 중 적어도 하나 이상을 수집한다(S510).
편의상, 상기 "보상단가 정보" 및 "실시간 전력계통 및 에너지저장장치 상황정보"를 계획정보(즉, 계획편익을 산출하기 위한 정보)라고 한다.
상기 에너지저장장치제어장치(200)는, 상기 수집한 정보(계획정보)를 활용하여 상기 에너지저장장치(100)의 운영 수익 최대화를 위한 익일의 계통 운영 보조서비스 제공 스케줄 및 에너지공급서비스 제공 스케줄을 생성(또는 수립)한다. 그리고 상기 수립된 익일의 계획(또는 주파수 조정 서비스 제공 이후 당일의 잔여기간에 대한 계획)에 대응하는 계획편익(
)을 산출한다(S520).
상기 에너지저장장치제어장치(200)는 주기적으로 변경되는 계획정보("보상단가 정보" 및 "실시간 전력계통 및 에너지저장장치 상황정보")를 수집하고, 순동 주파수 조정 기능 수행을 위한 전력계통의 실시간 운영상황정보를 추가로 수집한다(S530).
상기 에너지저장장치제어장치(200)는 계통 안정화 기능을 우선적으로 수행하기 위하여 상기 S530단계에서 수집된 전력계통의 실시간 운영상황정보를 바탕으로 전력계통의 정상 운영 여부를 파악한다(S540). 즉, 상기 에너지저장장치제어장치(200)는 전력계통의 실시간 운영상황정보 중에서 주파수(Frequency) 정보의 정상범위를 설정하고, 해당 정상범위 보다 주파수(또는 주파수 변화율)가 낮아지는 경우 전력계통이 비정상(이상)이라고 판단한다.
상기 S540 단계의 판단 결과에 따라, 상기 전력계통에 이상이 있는 것으로 판단된 경우, 상기 에너지저장장치제어장치(200)는 상기 에너지저장장치(100)를 주파수 조정 기능(주파수추종기능)으로 운영한다(S550).
특히 본 발명에서는 계획된 주파수 조정 기능 용량만으로 계통 안정화를 수행하는 것이 아니라, 상기 에너지저장장치(100)가 보조서비스 이외의 기타서비스(예 : 에너지공급서비스, 신재생통합서비스)용으로 할당된 용량까지도 모두 계통 안정화를 위한 주파수 조정 기능에 활용하는 방식을 제공한다.
그리고 상기 S550 단계가 종료된 후에는 상기 S510 단계를 다시 수행하여 변경된 계통상황 및 상기 에너지저장장치(100)의 상황에 맞추어 다시 다음 기준단위시간 이후의 계획을 수립하도록 진행된다.
상기 S540 단계의 판단 결과에 따라, 전력계통이 정상 운영되는 경우 에너지공급서비스와 신재생통합서비스의 편익을 고려하여 비용편익이 최대가 되는 실시간편익(
)을 생성(또는 수립)한다(S560).
그리고 상기 S560 단계에서 생성된 실시간편익(
)정보와 상기 S520 단계에서 생성된 계획편익(
) 정보를 비교하여 최대편익(
) 정보를 생성하고 이를 통해 상기 에너지저장장치(100)를 운영한다(S570).
이때 상기 에너지저장장치제어장치(200)는 기준단위시간(k)의 상기 에너지저장장치(100) 운영 전략을 수립하기 위하여 주기적으로 상기 S530 단계 내지 상기 S570 단계를 수행한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치 운영 방법 및 시스템은 전력시스템에 에너지저장장치가 연계되는 경우, 에너지시장에 참여하여 발생되는 비용 및 수입과 운영 보조서비스를 제공함으로써 발생되는 수익을 최대화하는 에너지저장장치 운영 계획을 수립하고 운영할 수 있는 효과가 있다.
한편 본 발명의 응용분야로서, 최근 스마트그리드 사업의 일환으로 추진되는 에너지저장장치 실증 과제 및 에너지 저장장치 활용 사업에 본 발명에 따른 에너지저장장치 운영 방법 및 시스템을 활용하여 에너지저장장치의 비용편익을 극대화함으로써 사업자의 투자비 회수를 위한 기간을 단축시킬 수 있으며, 이를 통해 에너지저장장치를 이용하는 다양한 스마트그리드 사업의 활성화 저해요인인 투자에 대한 회수 어려움을 극복하는데 활용할 수 있다.
또한 배터리기반 에너지저장장치(BESS, Battery Energy Storage System)은 배터리의 빠른 응답속도, 낮은 환경오염 영향성과 같은 장점을 기반으로 변전소용, 가정용, EV(Electric Vehicle) 등으로 확산되고 있으며, 본 발명에서 제공하는 에너지저장장치 운영 방법 및 시스템을 다양한 에너지저장시스템에 확대 적용할 수 있다.
또한 마이크로그리드와 같은 환경에서 전력계통운영장치(예 : 전력시장, 계통운영자)와 가정용 에너지저장장치(EV 포함)를 연결하는 중간위치의 전력부하제어(Load Aggregator) 서비스 사업자들도 본 발명에서 제공하는 에너지저장장치 운영 방법 및 시스템을 활용할 수 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 에너지저장장치 200 : 에너지저장장치제어장치
210 : 사용자인터페이스부 220 : 전력계통운영장치통신부
230 : 정보분석비교부 240 : 에너지저장장치통신부
250 : 데이터관리부 300 : 전력계통운영장치
210 : 사용자인터페이스부 220 : 전력계통운영장치통신부
230 : 정보분석비교부 240 : 에너지저장장치통신부
250 : 데이터관리부 300 : 전력계통운영장치
Claims (13)
- 전력 수요를 위한 전력계통으로서의 전력계통운영장치;
상기 전력계통운영장치로부터 전력을 공급받아 충전하거나, 충전된 전력을 방전시켜 전력계통으로 공급하는 에너지저장장치; 및
상기 에너지저장장치의 전력 저장용량을 논리적으로 분할하여 계통 운영을 위한 보조서비스 제공용량 및 에너지공급서비스 제공용량으로 분리하여 관리하고, 상기 전력계통운영장치로부터 계획정보를 수신하고, 상기 계획정보를 이용하여 상기 에너지저장장치의 보조서비스 제공용량 및 기타서비스 제공용량을 결정하고, 운영 수익 최대화를 위한 충전 및 방전 계획을 수립하여 상기 에너지저장장치를 제어하는 에너지저장장치제어장치;를 포함하고,
상기 에너지저장장치제어장치는,
상기 에너지저장장치를 통한 보조서비스 제공을 통해 우선적으로 계통안정화를 달성하고, 다음 기타서비스의 비용편익을 분석하여 실시간으로 상기 에너지저장장치의 운영 기능을 선택하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 보조서비스는, 전력계통을 안정적으로 운영하기 위한 기능으로서, 부하추종, 주파수조정, 공급 예비력 및 전압보상 기능 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 기타서비스는 에너지공급서비스 및 신재생통합서비스를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 에너지공급서비스는,
전력계통의 부하시간을 조정하는 서비스로서, 전력 에너지 시간이동, 부하평준화, 또는 첨두부하최소화 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 신재생통합서비스는,
신재생발전원의 안정적 전력계통의 연계를 지원하는 서비스로서, 신재생에너지 시간이동 기능, 또는 신재생에너지출력 안정화 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 계획정보는, 보상단가 정보, 실시간 전력계통 및 에너지저장장치 상황 정보 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 보상단가 정보는, 에너지시장에서 에너지저장장치가 제공하는 보조서비스의 시간대별 보상단가 정보, 에너지공급서비스의 보상단가 정보 및 신재생통합서비스의 보상단가 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하며,
상기 실시간 전력계통 및 에너지저장장치 상황 정보는, 전력생산예측정보, 전력수요예측정보, 실시간 전력계통 운영상황 정보, 에너지저장장치 운영상황정보 및 신재생에너지 발전정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 에너지저장장치제어장치는, 상기 에너지저장장치의 보조서비스 제공용량 정보, 기타서비스 제공용량 정보, 보조서비스 제공용량의 충전 및 방전 정보와, 기타서비스 제공용량의 충전 및 방전 정보 중 적어도 하나 이상을 상기 전력계통운영장치로 전송하고,
상기 전력계통운영장치는, 상기 에너지저장장치제어장치로부터 전송받은 정보를 참조하여 전력계통을 제어하며, 상기 에너지저장장치의 보조서비스에 대한 보상단가정보, 에너지공급서비스 보상단가 정보, 신재생통합서비스 보상단가 정보와, 전력생산정보 및 전력수요정보 중 적어도 하나 이상을 상기 에너지저장장치제어장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 에너지저장장치제어장치는,
상기 전력계통운영장치로부터 상기 에너지저장장치의 보조서비스의 보상단가 정보, 에너지공급서비스의 보상단가 정보, 신재생통합서비스의 보상단가 정보, 전력생산정보, 전력수요정보, 전력계통 실시간 운영상황 정보 및 신재생에너지 발전상황 정보 중 적어도 하나 이상을 수신하는 전력계통운영장치통신부;
상기 전력계통운영장치로부터 수신된 정보들 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 에너지저장장치의 비용편익을 최대화하도록 에너지저장장치 운영전략을 수립하는 정보분석비교부;
상기 정보분석비교부에서 실시간으로 수립된 에너지저장장치 운영전략에 의거하여 상기 에너지저장장치를 제어하고, 상기 에너지저장장치의 운영상태정보를 수신하는 에너지저장장치통신부;
상기 에너지저장장치의 운영과 관련된 정보들을 저장하고 관리하는 데이터관리부; 및
상기 에너지저장장치 운영현황을 그래픽 화면 형태로 제공하고, 에너지저장장치 운영과 관련된 제어정보 및 설정정보를 입력받는 사용자인터페이스부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템.
- 제 8항에 있어서, 상기 정보분석비교부는,
익일의 상기 에너지저장장치 운영계획에 따른 계획편익; 및
주기적으로 변경되는 보상단가 정보와, 실시간으로 상황을 반영하는 계통운영정보, 신재생에너지 발전정보를 기반으로 실시간 운영에 따른 실시간편익;을 각각 도출하고, 상기 계획편익과 실시간편익을 비교하여 최대편익으로 상기 에너지저장장치를 운영되게 하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 시스템.
- 전력계통운영장치, 에너지저장장치 및 에너지저장장치제어장치를 포함하는 에너지저장장치 운영 시스템에 의한 상기 에너지저장장치의 운영 방법에 있어서,
상기 에너지저장장치제어장치가 상기 전력계통운영장치로부터 계획정보를 수집하여 상기 에너지저장장치의 운영 수익 최대화를 위한 익일의 계획편익을 산출하는 단계;
상기 에너지저장장치제어장치가 주기적으로 변경되는 계획정보 및 순동 주파수 조정 기능 수행을 위한 전력계통의 실시간 운영상황정보를 추가로 수집하여 전력계통의 정상 운영 여부를 판단하는 단계;
상기 판단 결과에 따라, 전력계통이 정상 운영되는 경우 에너지공급서비스와 신재생통합서비스의 편익을 고려하여 비용편익이 최대가 되는 실시간편익을 산출하는 단계; 및
상기 실시간편익 정보와 상기 계획편익 정보를 비교하여 최대편익 정보를 생성하고 그 최대편익 정보를 통해 상기 에너지저장장치를 운영하는 단계;를 포함하되,
상기 주파수 조정 기능으로 보조서비스 제공용량을 사용한 경우,
다음 기준단위시간의 운영전략을 새롭게 수립하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 전력계통의 정상 운영 여부를 판단하는 단계에서,
상기 에너지저장장치제어장치는, 전력계통의 실시간 운영상황정보 중에서 주파수 정보의 정상범위를 설정하고, 해당 정상범위 보다 주파수 또는 주파수 변화율이 낮아지는 경우 전력계통이 비정상이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 방법.
- 제 11항에 있어서,
상기 전력계통이 비정상으로 판단된 경우,
상기 에너지저장장치제어장치는, 상기 에너지저장장치의 남아있는 모든 용량을 주파수 조정 기능에 제공하기 위하여 상기 에너지저장장치를 주파수 조정 기능으로 운영하는 것을 특징으로 하는 실시간 전력계통 상황에 기반한 에너지저장장치의 운영 방법.
- 삭제
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